4.3 光的全反射(共25张PPT)课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

(共25张PPT)
第四章 光的折射和全反射
第3节 光的全反射
1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。
2.理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。
3.了解全反射棱镜在生产、生活中的应用。
趣味实验：隐身硬币
你能解释这个“魔术”中的物理原理吗？
让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
演示：观察反射、折射和全反射现象
【视频：观察全反射现象】
01 全反射及其条件
现象：
入射角逐渐增大,折射光离法线会越来越远（折射角逐渐变大）,而且越来越弱,反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完全消失。
1.光疏介质与光密介质
（1）光疏介质：折射率较小的介质，光在光疏介质中传播速度相对较大。
（2）光密介质：折射率较大的介质，光在光密介质中传播速度相对较小。
特别提醒
光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不是它的密度大小。例如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比,酒精是光密介质。
（3）光疏介质与光密介质是相对的
任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质。
水、水晶和金刚石三种物质相比较，水晶对水来说是光密介质，对金刚石来说则是光疏介质。
（4）光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小n=。
2.全反射
（1）定义：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。
（2）临界角：光从光密介质射入光疏介质,使折射角变为90°时的入射角,称为这种介质的临界角,用字母C表示。
（3）发生全反射的条件
①光由光密介质射入光疏介质；
②入射角等于或大于临界角。
思考与讨论：由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。怎样计算光从折射率为 n 的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角 C ？
O
空气
N
N/
介质
A
B
分析：光以接近 90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了。
临界角C的大小由折射率可得：
临界角的正弦值：
（4）临界角C与折射率n的关系。
①定量关系：光由介质射入空气(或真空)时，。
②定性关系:介质折射率越大,发生全反射的临界角越小,越容易发生全反射。
一束单色光从玻璃射入空气。已知玻璃的折射率 n = 1.53，当入射角分别为 50°、30° 时，光能否发生折射？若能，折射角为多大？
先根据玻璃的折射率求出临界角，再比较入射角与临界角的大小，判断是否会出现全反射现象。若出现全反射现象，折射光消失；若没有出现全反射现象，根据光的折射定律求解。
解：光由玻璃射入空气，是由光密介质射入光疏介质，其临界角满足
代入数值得 C = 40° 50′
当 i = 50° 时，i ＞ C，所以光将发生全反射，不会发生折射；
当 i = 30° 时，i ＜ C，所以光进入空气中发生折射现象。
由折射定律
代入数值得 r = 49° 54′
某小区喷水池底部装有不同颜色的 LED 灯（可视为点光源 ），可在水面形成不同颜色的光斑。若水池底部水平，水面平静，红光与紫光在水面形成的光斑面积哪个更大？
紫光的折射率大于红光，因此紫光更容易发生全反射。
“消失”的硬币
在桌子上放一枚硬币， 取一只玻璃杯， 里面盛满水，然后把玻璃杯压在硬币上（。从杯壁看去，硬币不见了。但是从杯口向下望，硬币还在那里。给玻璃杯底蘸上一些水， 再从杯壁看去， 你会发现什么不同？ 请解释此现象。
杯子盛满水时，由于发生全反射，看不到硬币。
杯底蘸水，使得入射角小于临界角，所以又看到了硬币。
光疏介质
光密介质
水中的气泡看上去特别明亮：光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在分界面上发生了全反射.
02 全反射现象
上现蜃景—海市蜃楼
海面上下层空气温度低，密度大，折射率大，上层空气温度高，密度小，折射率小，远方物体发出的光线向空中入射时不断折射弯曲，到某高度时发生全反射，再射回地面，观察者感觉这光线来自空中。
点击播放视频
下现蜃景——沙漠蜃景
贴近地面空气温度高，密度小，折射率小，上层空气温度低，密度大 ，折射率大 。远方物体发出的有些光线向地面入射时不断折射弯曲，到地面附近时发生全反射，再折向上，射向远处空中，观察者感觉这光线来自地下。
点击播放视频
炎热的夏天柏油路面有时看起来特别明亮
贴近热路面附近的空气层比上层空气的折射率小，远处物体射向路面的部分光线发生了全反射，所以，从远处看，炎热夏天柏油路面有时看起来特别明亮。
全反射棱镜
（1）定义：截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜。
（2）特点：（玻璃的临界角为32°- 42°）
①当光垂直于它的任意一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高。
②反射面不必涂敷任何反光物质。
(1)由AB面垂直入射时
图为横截面是等腰直角三角形的玻璃棱镜(各种玻璃的临界角为32°～42°)，当光线以以下三种方式入射时会发生什么现象？
(2)由AC面垂直入射时
方向变化90 °
方向变化180 °
A
B
C
C
B
A
（3）作用：与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。
全反射棱镜
双筒望远镜中的全反射棱镜
潜望镜中的全反射棱镜
1.关于全反射，下列说法中正确的是（　　）
A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C．光从光疏介质射向光密介质时，也可能发生全反射现象
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射
D
2.一束光线穿过介质1、2、3时，光路如图所示，则（　　）
A．介质1的折射率最大
B．介质2是光密介质
C．光在介质2中的速度最小
D．当入射角由45°逐渐增大时，
在1、2分界面上可能发生全反射
D
3.如图所示，AB为一直光导纤维，AB之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维内芯与外套的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n。
光信号由A点进入光导纤维后，沿AO方向照射到O点，此时入射角恰好等于临界角。由几何
关系可得光在光导纤维中传播的距离。
设光在此介质中的速度为v，
则有，，
而，解得。
解：
全反射及其产生条件
光疏介质、光密介质
全反射
定义
临界角C：
全反射的产生条件
全反射现象
光的全反射
生活中的全反射现象
全反射棱镜